第6章《相对论与量子论初步》教学建议.doc

物理模块2第6章《相对论与量子论初步》教学建议漳浦六中 詹国荣一、课标解读：《课程标准》物理模块二的第三个二级主题“经典力学的成就与局限性”有如下内容标准：（1）初步了解经典时空观和相对论时空观，知道相对论对人类认识世界的影响2）认识经典力学的适用范围和局限性根据课标的要求，本章应该完成如下的目标：①让学生认识在此之前学习的牛顿定律在高速运动的物体不再适应②让学生了解经典时空观念和相对论时空观念，认识相对论对人们认识世界的影响③了解热辐射现象和光电效应现象，了解量子论产生的背景，认识能量量子化和光量子化的初步含义，知道光的波动说和粒子说，了解物质的波粒二象性教材特点：1、内容与地位：本节介绍现代物理学的两大理论――－相对论和量子论，教材不要求对理论的内容有深入的理解，只要求从科学史的角度大至了解这两理论的诞生过程以及这两个理论的主要观念，突出区别这两理论与我们已有观念的区别，试图让学生在了解这两理论的过程中，体会到现代物理学的气息，了解科学家研究问题的方法，学习科学家的精神品质本章内容独立，对中学阶段后继课程影响不大，但要真正有所体会，要求学生要有深刻的牛顿力学知识与观念上好本章，对于激发学习兴趣，扩展知识面是非常有益的。

2、目标要求：导入：从大体上了解经典力学的成就和遇到的困难，了解相对论和量子论在什么背景下诞生的通过导入，要努力做到让学生对所学知识有较浓厚的兴趣第一节：知识与技能目标：1、了解迈克尔逊――莫雷实验的思想与结论2、了解爱因斯坦建立相对论的背景，知道相对论中时间、长度、质速、质能的关系了解广义相对论时空弯曲现象和原因3、清楚经典物理对于高速运动物体的局限4、了解爱因斯坦的故事过程与方法：①体会在事实与理论矛盾时如何决择②体会从“猜测”到“建立模型”再到“实验验证”的科学研究过程情感态度及价值观：1、学习尊重事实的科学态度2、感受“及时改变观念”和“执着追求目标”并重对于科学研究的重要③通过对科学家的了解，学习他们的优秀品质第二节：知识与技能：①了解辐射，黑体辐射的含义②了解量子论诞生的背景及其能量量子化的含义③了解光电效应的含义和波粒二象性的含义过程与方法：通过量子论建立过程的了解，认识实验对于科学理论建立的重要性感受“科学假设”――“建立模型”――“解释现象”、“预言新事物”的科研过程，认识“变换思维角度是摆脱困境的有效办法情感态度与价值观：感受尊重实验事实的科学态度在科研中的重要性体会自由争鸣的氛围对于科学发展的重要意义。

全章重点和难点：相对论的时空观和量子论的量子观以及相关的科学思想方法是本章的重点相对论的时空观是本章的难点三、教材处理导入和第一节的教材处理导入的目的是从宏观的角度，概述相对论与量子论诞生原因和取得的结果，以及其对人们生活和观念的影响，以使学生对这些内容产生兴趣因此，课堂开始可以承授上一章万有引力定律的发现结果，着力介绍牛顿的经典力学的伟大成就，再介绍“两朵乌云”困难，并概述由此引发的物理学革命，不仅造就一大批诺贝尔物理学奖的科学家，而且影响到寻常百姓的世界观为了让学生真正了解经典力学的局限，了解物理学家是如何对待旧理论与新实验的矛盾，较深刻地认识科学的思维过程，根据学生现有的认知水平，建议在上面导入性的概述后，重点介绍迈克尔逊――莫雷实验的方法及实验结果，力求让学生从该实验介绍中，体会迈-莫的实验结论有违平时所用的惯性定律――经典物理定律，也理解下面的爱因斯坦假设是建立在该实验的基础上的，这对过程与方法、情感态度与价值观目标的实现是十分重要的OM1M2M0v由于迈―莫实验牵涉到光的干涉以及“以太”等学生尚未学习的概念，介绍中可以避开它们，将该实验简化为如图1所示，实验目的是比较测量车在匀速运动与静止两种状态下，光从MoM1Mo从 与 MoM2Mo的时间差是否发生 变化。

这一问题学生可以利用已学的知识进行分析，判断出上述两状态下的时间差应有所不同 图1在了解上述原理后，教师再介绍为了实验更为精确，必须使车的速度越大越好，最好与光速相当，迈―莫利用了地球的自转速度，μ＝30ｋｍ/ｓ进行实验，但测得的结果是：无论车是否运动，光从MoM1Mo与从MoM2Mo的时间差总是相同的这是经典物理学所不能解释的在此基础上可以让学生发表各自的看法，之后再介绍爱因斯坦的假设及推论推论中关于时间延缓效应的问题，建议以问题的形式让学生利用运动的合成和光速不变假设进行求解比较，其他推论可直接给出结果这样可以加深感受并且更接受相对论的结论相对论的结论得出后，是否正确？如何检验？检验的困难是什么？这些问题应给学生说明，以便学生加深对科学理论建立过程的了解，也可介绍历史上关于相对论争论的一些故事，如孪生子的佯谬问题的争论关于时空弯曲的广义相对 论问题，可以从引导学生从长远来看两个方面想象：①光是有动质量的，因而光若经过星体附近时，由于万有引力的吸引而产生弯曲②P115图6-11所示，在房间内的人看到光线是弯曲的，房外静止的人看来光线是直的广义相对论的验证：要让学生明白理论的正确与否必须经过实践的检验。

广义相对论验证正例有：①水星的进动，②爱丁顿观测③哈勃所拍到的“爱因斯坦十字”星云其中后两个例子学生较容易理解教学过程中，还应适当介绍爱因斯坦传奇的生平，以让学生从中了解和学习伟大科学家的优秀品格本节安排2课时第2节建议按如下思路展开：1、以日常现象，说明辐射强度与温度和辐射波长(颜色)有关介绍可分三个层次：①辐射物的颜色与温度的关系②辐射物的颜色由什么决定③辐射图 (如图2) 2、介绍黑体及黑体辐射规律，以及维恩解释的“红外灾难”和瑞利—金斯解释的“紫外灾难”3、普朗克的量子论的圆满解释及能量量子化介绍中要让学生意识到能量有最小值ε，任何能量均为这个最小值的整数倍图24、光电效应及其光子说介绍光电效应的产生和条件及爱因斯坦的解释5、物质波重点介绍电子的衍射现象及其几率解释 本节计划1课时。